Вопросы для подготовки к зачету по теме: "Магнитные явления"

31. Понятие магнитного поля. Магнитная индукция, линии магнитной индукции, их свойства.

32. Взаимодействие параллельных проводов с токами. Сила Ампера.

33. Э.Д.С. индукции в прямолинейном проводнике, движущимся в однородном магнитном  поле.

34. Магнитный поток. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

35. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.

36. Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Правило Ленца.

37. Явление самоиндукции. Э.Д.С. самоиндукции. Индуктивность.

Ответы.

Часть 1. Основные физические величины, единицы их измерения, формулы для нахождения.

Наименование	Обозначения	Единицы измерения в СИ	Формулы
Магнитная индукция	В	Тл  (Тесла)
Сила Ампера	FА	Н  (Ньютон)
Сила Лоренца	FЛ	Н  (Ньютон)	Fл = qvBsinα
Магнитный поток	Ф	Вб  (Вебер)	Ф = BScosα
Закон ЭМИ	εi	В  (Вольт)
ЭДС самоиндукции	εis	В  (Вольт)
Индуктивность	L	Гн  (Генри)
Энергия магнитного поля	W	Дж  (Джоуль)

Часть 2. Основные понятия.

1. Понятие магнитного поля.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или тела­ми, обладающими магнитным моментом.

1. Магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.
2. Магнитное поле порождается движущимися электрическими зарядами и обнаруживается по действию на движущиеся электрические заряды
3. Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи)
4. С удалением от источника магнитного поля оно ослабевает
5. Изолированных магнитных зарядов не существует

2. Магнитная индукция (определение, обозначение, формула, ед. измерения)

Силовая характеристика магнитного поля - магнитная индукция.

Модуль вектора магнитной индукции это физическая величина, равная отношению максимального значения силы, действующей на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине l.

Обозначается В.

B - модуль вектора магнитной индукции

F - сила, действующая на проводник с током

I - сила тока в проводнике

l - длина проводника

a - угол между направлениями тока в проводнике и модуля вектора магнитной индукции

Единица измерения магнитной индукции - тесла [Тл]

3. Линии магнитной индукции, их свойства

Линии магнитной индукции – это линии, в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной к ним.

Свойства линий магнитной индукции:

1. Линии магнитной индукции не пересекаются
2. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с током, т.е. не имеют начала и конца
3. Густота линий магнитной индукции пропорциональна модулю вектора магнитной индукции

4. Взаимодействие параллельных проводов с токами.

Одним из важных примеров магнитного взаимодействия токов является взаимодействие параллельных токов. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Ампером.

Если по двум параллельным проводникам электрические токи текут в одну и ту же сторону, то проводники притягиваются.

Если по двум параллельным проводникам электрические токи текут в противоположных направлениях,то проводники отталкиваются.

5. Сила Ампера (определение, обозначение, формула, ед. измерения, определение направления)

Сила Ампера - это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, помещённый в однородное магнитное поле индукции.

Обозначается F_А

Эта сила пропорциональна длине отрезка проводника, силе тока, протекающего по проводнику, и индукции магнитного поля:

B - модуль вектора магнитной индукции

I - сила тока в проводнике

l - длина проводника

a - угол между направлениями тока в проводнике и модуля вектора магнитной индукции

Единица измерения - ньютон [Н]

Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет на направление силы Ампера.

6. Э.Д.С. индукции в прямолинейном проводнике, движущимся в однородном магнитном поле.

Когда проводник, а вместе с ним и свободные носители заряда в нем, движутся в магнитном поле, то на концах проводника индуцируется ЭДС:

ε_инд = vBlsinα

v - скорость движения проводника

B - модуль вектора магнитной индукции

l - длина проводника

a - угол между направлениями скорости проводника и модуля вектора магнитной индукции

Возникновение ЭДС индукции объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Электродвижущая сила в цепи — это результат действия сторонних сил, т.е. сил неэлектрического происхождения. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы, под действием которой происходит разделение зарядов, в результате чего на концах проводника по­является разность потенциалов.

7. Магнитный поток (определение, обозначение, формула, ед. измерения)

Магнитным потоком (потоком магнитной индукции) через замкнутый контур называют физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь контура S и на косинус угла между вектором В и перпендикуляром к плоскости контура.

Обозначение: Ф

Ф = BScosα

B – модуль вектора магнитной индукции

S - площадь контура

α – угол между вектором B и нормалью n к плоскости контура

Единица измерения - вебер [Вб]

8. Сила Лоренца (определение, обозначение, формула, ед. измерения, определение направления)

Сила Лоренца - это сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.

Обозначение: F_л

F_л = qvBsinα

q - заряд частицы

v - скорость движения проводника

B - модуль вектора магнитной индукции

l - длина проводника

a - угол между направлениями скорости частицы и модуля вектора магнитной индукции

Единица измерения - ньютон [Н]

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению скорости положительно заряженной частицы (против движения отрицательной), то отогнутый большой палец укажет на направление силы Лоренца.

9. Явление электромагнитной индукции. Закон ЭМИ.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

Закон ЭМИ (электромагнитной идукции): ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограни­ченную контуром.

10. Опыты Фарадея

Опыты Фарадея по исследованию ЭМИ можно разделить на две серии:

1. возникновение индукционного тока при вдвигании и выдвигании магнита (катушки с током);

Объяснение опыта: При внесении магнита в катушку, соединенную с амперметром в цепи возникает индукционный ток. При удалении так же возникает индукционный ток, но другого направления. Видно, что индукционный ток зависит от направления движения магнита, и каким полюсом он вносится. Сила тока зависит от скорости движения магнита.

2. возникновение индукционного тока в одной катушке при изменении тока в другой катушке.

Объяснение опыта: электрический ток в катушке 2 возникает в моменты замыкания и размыкания ключа в цепи катушки 1. Направление тока зависит от того, замыкаюи или размыкают цепь катушки 1, т.е. от того, увеличивается (при замыкании цепи) или уменьшаетя (при размыкании цепи) магнитный поток. пронизывающий 1-ю катушку.

11. Правило Ленца

Знак минус в формуле закона ЭМИ отражает правило Ленца:

индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

При возрастании магнитного потока ΔФ>0, а ε_инд<0, т.е. ЭДС индукции вызывает ток такого направления, при котором его маг­нитное поле уменьшает магнитный поток через контур.

При уменьшении магнитного потока ΔФ<0, а ε_инд>0, т.е. магнитное поле индукционного тока увеличивает убывающий магнитный поток через контур.

Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

12. Явление самоиндукции. ЭДС самоиндукции.

Явление самоиндукции - это явление возникновения индукционного тока в цепи в результате изменения тока в этой же цепи. Самоиндукция — это частный случай явлений электромагнитной индукции.

Если в контуре изменяется ток, то в этом контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре.

ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока в катушке.

13. Индуктивность (определение, формула, обозначение, ед. измерения)

Магнитный поток Φ, возникающий в катушке, пропорционален силе тока I: Φ = LI

Коэффициент пропорциональности L в этой формуле называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки.

Индуктивность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через контур.

Обозначение: L

Индуктивность — это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с.

Единица измерения - генри [Гн].

Индуктивность контура зависит от его геометриче­ской формы, размеров и от магнитных свойств среды, в которой он находится.

Индуктивность это свойство проводника с током накапливать энергию в магнитном поле (преобразовывать энергию электрического тока в энергию магнитного поля).

14. Энергия магнитного поля (формула)

Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе, которую необходимо совершить для преодоления самоиндукции и установления текущего тока. Эту энергию находят по формуле:

Расширения для Joomla